Введение к работе
2jC> 2.2. |
Актуальность исследования. Бактерии Bacillus thuringiensis (Bt) широко используются для регуляции численности насекомых отрядов Lepidoptera, Diptera, Coleoptera. Несомненным преимуществом их применения является безопасность для здоровья человека, животных и растений.
С 80-х годов для регулирования численности насекомых во всем мире применяются препараты на основе Bt ssp.kurstaki. Вероятно, их широкое использование может приводить к неконтролируемому распространению Bt ssp.kurstaki в экосистемах. Показано, что штаммы этого подвида являются одними из часто встречающихся в природе [Martin, Travers, 1989; Kaelin et al., 1994]. Основным фактором специфичности и эффективности действия Bt на насекомых является белковый кристаллический S-эндотоксин, который синтезируется во время спорообразования. Внимание большинства исследователей направлено на изучение свойств, регуляции синтеза и механизма действия этого токсина [Hofte, Whiteley, 1989; Gill et al., 1992; Rukmini et al., 2000]. Во время вегетативного роста и на ранней стадии споруляции Bt продуцирует и другие биологически активные вещества: р-экзотоксин, гидролитические ферменты, вегетативные инсектицидные белки, антибиотические вещества, которые, как полагают, могут вносить вклад в вирулентность, а также способствовать адаптации бактерий к жизни в различных экосистемах [Нетыкса и др., 1979; Смирнова и др., 1991; Burgeron, de Barjac, 1967; Edlund et al., 1976; Smirnoff, Valero, 1977; Luthy, 1980; Favret, Yousten, 1989; Lovgren et al., 1990; Zhang et al., 1993; Donovan et al., 2001]. Важным условием приспособления к окружающей среде у прокариот является генетическое разнообразие внутри популяции. Однако вопросу гетерогенности культур Bt ssp.kurstaki, их способности продуцировать метаболиты, отличные от 5-эндотоксина, уделено необоснованно мало внимания. Кроме того, многочисленные скрининговые программы по Bt направлены на выделение штаммов с новой специфичностью и не затрагивают вопросов, связанных с разнообразием этих бактерий в природных экосистемах.
Цель исследования. Целью данной работы явилось изучение разнообразия вариантов внутри Bacillus thuringiensis ssp.kurstaki по морфологическим и биохимическим свойствам и роли биологически активных веществ, синтезируемых ими, в энтомопатогенной активности и сохранении в природе.
Задачи исследования.
1. Оценить морфологическую неоднородность и биохимическое разнообразие штаммов Bt ssp.kurstaki.
РОС. НАЦИОНАЛЬНА**
БИБЛИОТЕКА I
СПетербЖ %
Выявить возможные связи между колониально-морфологическими признаками и рядом физиолого-биохимических, инсектицидных, антибиотических свойств и адгезивностью у культур Bt ssp.kurstaki.
'Определить вклад спор, кристаллического 5-эндотоксина и других секретируемых белков в инсектицидную активность (на примере Choristoneura occidentalis (Lepidoptera: Tortricidae)).
4. Изучить колониально-морфологическое разнообразие штаммов Bt,
выделенных из природных экосистем, а также штаммов Bt, являющихся
контаминантами питательных сред.
-'-' Научная новизна. Впервые в результате изучения колониально-'" морфологической неоднородности штаммов Bt ssp.kurstaki выявлено 6 'морфологических вариантов (морфоваров). Фенотипические различия, выраженные в характерном внешнем виде колоний на агаризованной среде, затрагивали и базисные особенности метаболической организации клеток: морфовары различались по синтезу метаболитов (6-эндотоксина, вегетативного инсектицидного белка, бактериоцинов, адгезинов) и внеклеточных ферментов (уреазы; протеазы, лецитиназы).
Впервые было показано, что из естественных экосистем, в том числе из мест, где использовали лепидоцид (биоинсектицид на основе Bt ssp.kurstaki, кристовар К-1, морфовар R), преимущественно выделялись штаммы Bt ssp.kurstaki кристовара К-73 морфоваров г я т.
Практическая значимость. Выявленные особенности бактерий Bt ssp.kurstaki могут послужить основой для изучения роли Bt в окружающей среде.
'' Результаты, полученные в ходе исследований, убедительно доказывают необходимость включения спор в биопрепараты для регулирования численности Choristoneura occidentalis (Lepidoptera: Tortricidae), поскольку в их присутствии активность кристаллов повышалось в 100 - 500 раз.
Предложен метод отбора штаммов Bt, выделенных из естественных экосистем, для биотестирования, который позволяет значительно сократить количество проверок на насекомых.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований были представлены на IV Всесоюзной научной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Пушино, январь, 1992); на конференции «Биосинтез ферментов микроорганизмами» (Москва, октябрь, 1993); на Всероссийском научно-производственном совещании «Экологически безопасные и беспестицидные технологии получения растениеводческой продукции» (Краснодар, август, 1994); на конференции «Интродукция микроорганизмов в окружающую среду» (Москва, май, 1994); на XIII Международном конгрессе по защите растений (Нидерланды, июль, 1995); на Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы окружающей среды" (Томск, сентябрь, 1995); на Всероссийской конференции "Беспозвоночные животные Южного Зауралья и сопредельных территорий" (Курган, март, 1998);
на XI Съезде Русского энтомологического общества (С.-Петербург, 1998); на Российской научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Е.В.- Талалаева "Оценка современного состояния микробиологических исследований в Восточно-Сибирском регионе" ( Иркутск, март, 2002), на отчетной сессии ИСиЭЖ СО РАН (апрель, 1994), на заседании микробиологического общества (декабрь, 2002). По материалам диссертации опубликовано 18 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 142 страницах машинописного текста; состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и приложения. Работа иллюстрирована 13 рисунками и 16 таблицами. Список литературы включает 244 работы, из них 191 на иностранных языках. В приложении приведена подробная характеристика штаммов Bt, относящихся к различным подвидам.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Штаммы Bt ssp.kurstaki гетерогенны по культурально-морфологическим и физиолого-биохимическим свойствам.
2. Из естественных экосистем чаще выделяются штаммы морфоваров Bt ssp.kurstaki, которые не используются для производства биопрепаратов.
